Đang tải... (xem toàn văn)
Nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng truyền hình, đưa thông tin chính xác và kịp thời về các lĩnh vực kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội Việt Nam chúng ta đã nghiên cứu triển khai và ứng dụng công nghệ Truyền Hình Số (Digital Broadcasting) vào thực tế. Công nghệ này đã khắc phục được các nhược điểm của công nghệ truyền hình tương tự (Analogue Broadcasting) như ảnh hưởng của thời tiết, hạn chế khoảng cách truyền dẫn, chất lượng tín hiệu….Bên cạnh đó cùng với lộ trình xóa bỏ truyền hình tương tự trên cả nước đến năm 2020 thì hầu hết các nhà khai thác, các đài truyền hình đang dần dần số hóa hoàn toàn các kênh chương trình và sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới như các kỹ thuật nén tín hiệu âm thanh, hình ảnh, các tiêu chuẩn hình ảnh chất lượng cao SD(Standard Definition), HD(Highdefinition).Như chúng ta đã biết truyền hình số đã có mặt từ rất sớm trên thế giới cũng như các nước khác trong khu vực nhưng nó mới thực sự bùng nổ tại Việt Nam chỉ vài năm trở lại đây. Và trong một thời gian rất ngắn, trước nhu cầu sử dụng truyền hình nhiều kênh chất lượng cao ngày càng gia tăng ở hầu khắp các địa phương trong cả nước, với số lượng lớn thuê bao nhanh chóng đạt được.Tại Việt Nam hiện nay có các đơn vị triển khai truyền hình số như sau:Tổng Công Ty Truyền Hình Cáp Viêt Nam (VTV Cap) – VCTVCông ty TNHH Truyền Hình Cáp Saigontourist (SCTV Co.Ltd)Công ty TNHH Truyền Hình Số Vệ Tinh Việt Nam (K+)Truyền Hình Cáp Tp.HCM (HTVC)Truyền Hình Cáp Hà Nội (BTS)Truyền Hình Mặt Đất (VTC, AVG)Truyền hình số nói chung và Truyền hình trả tiền nói riêng được xem là khá mới mẻ tại Việt Nam để nắm được cách thức xử lý tín hiệu cho truyền hình như thế nào chúng tôi xin được phép chọn đề tài “Xử lý tín hiệu trong truyền hình số và ứng dụng triển khai tại Việt Nam” để nghiên cứu.
MỞ ĐẦU Nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng truyền hình, đưa thông tin chính xác và kịp thời về các lĩnh vực kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội Việt Nam chúng ta đã nghiên cứu triển khai và ứng dụng công nghệ Truyền Hình Số (Digital Broadcasting) vào thực tế. Công nghệ này đã khắc phục được các nhược điểm của công nghệ truyền hình tương tự (Analogue Broadcasting) như ảnh hưởng của thời tiết, hạn chế khoảng cách truyền dẫn, chất lượng tín hiệu…. Bên cạnh đó cùng với lộ trình xóa bỏ truyền hình tương tự trên cả nước đến năm 2020 thì hầu hết các nhà khai thác, các đài truyền hình đang dần dần số hóa hoàn toàn các kênh chương trình và sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới như các kỹ thuật nén tín hiệu âm thanh, hình ảnh, các tiêu chuẩn hình ảnh chất lượng cao SD(Standard Definition), HD(High-definition). Như chúng ta đã biết truyền hình số đã có mặt từ rất sớm trên thế giới cũng như các nước khác trong khu vực nhưng nó mới thực sự bùng nổ tại Việt Nam chỉ vài năm trở lại đây. Và trong một thời gian rất ngắn, trước nhu cầu sử dụng truyền hình nhiều kênh chất lượng cao ngày càng gia tăng ở hầu khắp các địa phương trong cả nước, với số lượng lớn thuê bao nhanh chóng đạt được. 1 Trịnh Quốc Bảo Tại Việt Nam hiện nay có các đơn vị triển khai truyền hình số như sau: - Tổng Công Ty Truyền Hình Cáp Viêt Nam (VTV Cap) – VCTV - Công ty TNHH Truyền Hình Cáp Saigontourist (SCTV Co.Ltd) - Công ty TNHH Truyền Hình Số Vệ Tinh Việt Nam (K+) - Truyền Hình Cáp Tp.HCM (HTVC) - Truyền Hình Cáp Hà Nội (BTS) - Truyền Hình Mặt Đất (VTC, AVG) Truyền hình số nói chung và Truyền hình trả tiền nói riêng được xem là khá mới mẻ tại Việt Nam để nắm được cách thức xử lý tín hiệu cho truyền hình như thế nào chúng tôi xin được phép chọn đề tài “Xử lý tín hiệu trong truyền hình số và ứng dụng triển khai tại Việt Nam” để nghiên cứu. Trịnh Quốc Bảo Phần I XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ 1. 1. Giới thiệu về truyền hình số 1.1.1. Hệ thống truyền hình số Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra như trên hình 1-1: Hình 1-1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền số Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong thiết bị mã hoá(biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Trịnh Quốc Bảo Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình. Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tín của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế. 1.1.2. Đặc điểm của truyền hình số Yêu cầu về băng tần Yêu cầu về băng tần là một sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự. Tín hiệu số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng hơn. Ví dụ: đối với tín hiệu tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn tần số sóng mang màu, như đối với hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hoá với những từ mã dài 8 bit, tốc độ dỏng bit sẽ là 115,2 Mbit/s, độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Trong khi đó tín hiệu tương tự cần một băng tần 4,25 MHz. Các tính chất đặc biệt của tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo làm tăng thêm khả năng giảm băng tần tín hiệu. Tỷ lệ tín hiệu / tạp âm (signal/ noise) Trịnh Quốc Bảo Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi. Nhiễu tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng, tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra, vì vậy luôn luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của khâu có tỷ lệ thấp nhất. Tính chất này của hệ thống số đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trình truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp cần nhiều lần đọc và ghi. Việc truyền tin hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện rất thuận kợi với tín hiệu số mà không làm suy giảm chất lượng tín hiệu hình. Méo phi tuyến Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi mèo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền. Chồng phổ Một tín hiệu số được lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang, nên có khả năng xẩy ra chồng phổ theo cả 2 hướng. Theo chiều thẳng đứng, chồng phổ trong 2 hệ thống số và tương tự như nhau. Để ngăn ngừa hiện tượng méo do chồng phổ theo chiều ngang, có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn hơn 2 lần thành phần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự. Trịnh Quốc Bảo Giá thành và độ phức tạp Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn các mạch tương tự, khi mới xuất hiện giá thành các thiết bị số cao hơn nhiều so với các thiết bị tương tự. Thêm nữa việc thiết lập sử dụng và duy trì chúng còn khá bở ngỡ đối với những người làm chuyên môn. Tuy nhiên, các vấn đề này đã nhanh chống được thực hiện dễ dàng nhờ sự phát triển của công nghệ truyền thông số và công nghiệp máy tính. Xử lý tín hiệu Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn một chuỗi các số, bit”0” và”1”, có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu. Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tần tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có thể phát các chưong trình với độ phân giải cao HDTV như các hệ truyền hình hiện nay. Trịnh Quốc Bảo Hiệu ứng ghost ( bóng ma) Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá. 1.1.3. Các phương pháp biến đổi tín hiệu video Có 2 phương pháp biến đổi là: - Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp - Biến đổi riêng từng tín hiệu video màu thành phần a. Tín hiệu video số tổng hợp Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số Hình 1-2 biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp Trịnh Quốc Bảo Tín hiệu video tương tự được lấy mẫu ( rời rạc hoá) với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số mang màu(4f sc ), vào khoảng 17,22 MHz đối với tín hiệu PAL. Mỗi mẫu tín hiệu được lượng tử hoá bởi 10 bit, cho ta một chuỗi số liệu 177 Mbit/s. Biến đổi tín hiệu video tổng hợp có ưu điểm về dãy tần. Nhược điểm của tín hiệu tổng hợp màu là có hiện tượng can nhiễu chói màu, gây khó khăn trong việc xử lý, tạo kỹ xảo truyền hình.v. b. Tín hiệu video số thành phần Hình 1-3 sơ đồ biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi từ tín hiệu video tương tự thành phần sang số, và được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR 601. Tín hiệu video số thành phần còn gọi là tiêu chuẩn D-1 hoặc tiêu chuẩn 4:2:2. Trịnh Quốc Bảo Đối với tiêu chuẩn này tín hiệu chói được lấy mẫu với tần số 13,5MHz, hai tín hiệu màu được lấy mẫu với tần số 6,75 MHz. Mỗi mẫu được lượng tử hoá 8/10bit, cho ta tốc độ bit bằng 216/270 Mbit/s. lượng tử hoá bởi 8 bit cho ta 256 mức và 10 bit cho ta 1024 mức với tỉ số tín hiệu tạp âm (S/N) cao hơn. Biến đổi tín hiệu thành phần cho ta dòng số có tốc độ bit cao hơn tín hiệu số tổng hợp. Tuy nhiên dòng tín hiệu thành phần số cho phép xử lý dể dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo v.v…Hơn nữa chất lượng ảnh không chịu ảnh hưởng can nhiễu chói màu như tín hiệu tổng hợp. 1.1.4. Chuyển đổi tương tự – số và số – tương tự. a. Nguyên tắc làm việc của bộ chuyển đổi tương tự – số Sơ đồ khối mạch A/D bao gồm: Trịnh Quốc Bảo Hình 1-4 sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự – số Mạch lọc thông thấp Mạch này dùng để hạn chế băng tần tín hiệu vào. Nhiệm vụ của nó là ngăn ngừa mức chéo( các tín hiệu khác nhau chồng lên nhau). Đặc trưng của nó phải được được chọn sao cho không làm xuất hiện mức tín hiệu tương tự cần lấy mẫu. Do đó, mạch lọc phải làm suy giảm tín hiệu ngoài băng tần( 45dB) có đặc trưng biên độ điều và đặc trưng tuyến tính về pha trong băng tần tín hiệu cần lấy mẫu, đồng thời cần có đăc tuyến thích hợp cho băng tần tính hiệu có ích. [...]... trình số hoá Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bit/ mẫu Các mã sử dụng trong truyền hình số có thể nhân chia thành 4 nhóm: + Các mã để mã hoá tín hiệu truyền hình; + Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin; + Các mã thuận tiện cho việc giải mãvà đồng bộ bên thu; + Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền hình số Quá trình mã hoá tín hiệu truyền hình truyền. .. việc biểu diễn số của tín hiệu truyền hình có thể không thích hợp cho việc truyền theo kênh thông tin, còn các mã thích hợp cho việc mã hoá tín hiệu truyền hình và truyền chống nhiễu theo kênh thông tin có thể được giải mã theo phương pháp rất phức tạp Trịnh Quốc Bảo Để đáp ứng mã hoá tín hiệu truyền hình và sau đó tạo lại nó ở bên thu, người ta thường dùng một loại mã, còn đối với việc truyền chống... việc truyền chống nhiễu theo kênh thông tin thì dùng loại mã khác Trong các khâu truyền hình số, mã sơ cấp được sử dụng chủ yếu để mã hoá tín hiệu truyền hình, ghi hình từ hình, biểu diễn tín hiệu thông tin phụ và các mục đích bổ sung khác Các mã hiệu chỉnh sai số được sử dụng trong trường hợp khi tín hiệu số bị méo khi truyền theo đường thông tin b Các đặc tính cơ bản của mã Quá trình biến đổi rất... dốc y’ tại x = 0: y' x = µ l n (1 + µ ) (1.3) µ : là tham số thường c Các phương pháp chuyển đổi số - tương tự Nguyên lý chuyển đổi DAC Hình 1-8: Sơ đồ khối mạch đối số – tương tự Trịnh Quốc Bảo Chuyển đổi số – tương tự (DAC) là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) đã biết của tín hiệu số với độ chính xác là một mức lượng tử (1 LSB) Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số, dùng... tần số nằm ngoài một tần Số fC nào đó - Tần số lấy mẫu phải bằng hoặc lớn hơn hai lần fC, tức là fsa≥ 2fC Hình 1-12 minh hoạ phố tần số lấy mẫu lý tưởng khi tín hiệu băng cơ bản có dải thông fC và tần số lấy mẫu là 2fc Như vậy dải biên trên và dải biên dưới đều có dải thông là fc, với tần số này, không xuất hiện nhiễu giữa băng cơ bản và dải bên dưới: Trịnh Quốc Bảo Hình 1-13 : Méo do chồng phổ Hình. .. lấy mẫu với tần số nhỏ hơn 2fc Một phần dải biên dưới của tín hiệu lấy mẫu chồng lên tín hiệu băng cơ bản Thành phần tần số cao nhất đối với các hệ truyền hình tương tự là: + Hệ PAL : fc = 5MHz + Hệ NTSC : fc = 4.2MHz Một trong những yêu cầu làm tăng tần số tín hiệu truyền hình là tăng khoảng bảo vệ cho mạch lọc thông thấp trước khi lấy mẫu Trịnh Quốc Bảo Hình 1-14: Băng tần bảo vệ Tần số lấy mẫu càng... tần số tốt hơn 1.2.1.2 Cấu trúc lấy mẫu Để khôi phục chính xác hình ảnh, tần số lấy mẫu có liên quan đến tấng số dòng Các kết quả nghiên cứu cho thấy tần số lấy mẫu phải là bội của tần số dòng Việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào toạ độ các điễm lấy mẫu Vị trí các điểm lấy mẫu hay cấu trúc lấy mẫu được xác định theo thời gian, trên các dòng và các mành Hình 1-15 mô. .. nào đấy f(x) = a0 + a1x2 + a2x2 + …… + anx2 (2-4) Trịnh Quốc Bảo Mã với cơ số q=2 gọi là mã cơ số 2, nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền hình số Còn các mã với cơ số lớn hơn 2 thường được sử dụng chỉ đối với việc truyền theo đường thông tin Khi mã hoá hiệu chỉnh, bảng mã xuất xứ nhỏ hơn bảng mã kênh, do vậy để truyền thông tin đòi hỏi phải có phần tổ hợp toàn bộ các từ mã của kênh Các... tần số lấy mẫu được tính bằng: fsa = 1/T (2-1) Trong đó: fsa là tần số lấy mẫu, T là chu kỳ lấy mẫu Quá trình lấy mẫu tương đương với một quá trình điều biên tín hiệu (f0) Trên sóng mang có tần số bằng tần số lấy mẫu(fsa) Sóng lấy mẫu có dạng hình chữ nhật, phổ của nó bao gồm thành phần tần số lấy mẫu và các hài của nó. (hình 2-1) Hình 1-11: Phổ của tín hiệu lấy mẫu Tín hiệu lấy mẫu chứa trong nó toàn... gồm một số các ký hiệu như nhau được gọi là các mã đều đặn, còn các mã mà các tổ hợp của nó bao gồm một số các ký hệu khác nhau gọi là mã không đều đặn Trong truyền hình số dùng phổ biến nhất là các mã với cơ số 2, 3, 4 và 8 Khi tạo nên các mã bởi các thiết bị mã hoá dùng các bộ ghi dịch cơ bản các tổ hợp mã được biểu diễn một cách thuận tiện dưới dạng đa thức f(x) từ một biến x với các hệ số xác định . trong truyền hình số và ứng dụng triển khai tại Việt Nam để nghiên cứu. Trịnh Quốc Bảo Phần I XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ 1. 1. Giới thiệu về truyền hình số 1.1.1. Hệ thống truyền hình số Nguyên. Công ty TNHH Truyền Hình Cáp Saigontourist (SCTV Co.Ltd) - Công ty TNHH Truyền Hình Số Vệ Tinh Việt Nam (K+) - Truyền Hình Cáp Tp.HCM (HTVC) - Truyền Hình Cáp Hà Nội (BTS) - Truyền Hình Mặt Đất. nước, với số lượng lớn thuê bao nhanh chóng đạt được. 1 Trịnh Quốc Bảo Tại Việt Nam hiện nay có các đơn vị triển khai truyền hình số như sau: - Tổng Công Ty Truyền Hình Cáp Viêt Nam (VTV Cap)